/* -*- P4_16 -*- */
#include <core.p4>
#include <v1model.p4>
#pragma p4_version 16

const bit<16> TYPE_IPV4 = 0x800;
const bit<16> TYPE_ARP  = 0x806;
const bit<16> TYPE_IPV6 = 0x86DD;
const bit<16> TYPE_SR   = 0x1234;

/*************************************************************************
*********************** H E A D E R S  ***********************************
*************************************************************************/

typedef bit<48> macAddr_t;
typedef bit<32> ip4Addr_t;
typedef bit<128> ip6Addr_t;
typedef bit<9>  egressSpec_t;
typedef bit<8>  group_id_t;   // 多播组 ID 类型
typedef bit<8>  mode_mask_t;  // 模态掩码（bit0=IPv4, bit1=IPv6, bit2=源路由）

header source_routing_t {
    bit<8> current_index;
    bit<8> path_len;
    bit<8> port0;
    bit<8> port1;
    bit<8> port2;
    bit<8> port3;
}

header ethernet_t {
    macAddr_t dstAddr;
    macAddr_t srcAddr;
    bit<16>   etherType;
}

header ipv4_t {
    bit<4>    version;
    bit<4>    ihl;
    bit<8>    diffserv;
    bit<16>   totalLen;
    bit<16>   identification;
    bit<3>    flags;
    bit<13>   fragOffset;
    bit<8>    ttl;
    bit<8>    protocol;
    bit<16>   hdrChecksum;
    ip4Addr_t srcAddr;
    ip4Addr_t dstAddr;
}

header arp_t {
    bit<16>   htype;
    bit<16>   ptype;
    bit<8>    hlen;
    bit<8>    plen;
    bit<16>   oper;
    macAddr_t sha;
    ip4Addr_t spa;
    macAddr_t tha;
    ip4Addr_t tpa;
}

header ipv6_t {
    bit<4>    version;
    bit<8>    trafficClass;
    bit<20>   flowLabel;
    bit<16>   payLoadLen;
    bit<8>    nextHdr;
    bit<8>    hopLimit;
    ip6Addr_t srcAddr;
    ip6Addr_t dstAddr;
}

// 多播组元数据（与控制器协同）
struct metadata {
    bit<8>    mode_selection;  // 模态选择结果
    bit<32>   hash_value;      // 哈希值（用于模态调度）
    group_id_t group_id;       // 多播组 ID（仅 S1/S4 有效）
    mode_mask_t mode_mask;     // 模态掩码（仅 S1/S4 有效）
    bit<1>    checksum_valid;  // 校验和有效性标记
}

struct headers {
    ethernet_t      ethernet;
    ipv4_t          ipv4;
    arp_t           arp;
    ipv6_t          ipv6;
    source_routing_t sr;
}

/*************************************************************************
*********************** P A R S E R  ***********************************
*************************************************************************/

parser MyParser(packet_in packet,
                out headers hdr,
                inout metadata meta,
                inout standard_metadata_t standard_metadata) {

    state start {
        transition parse_ethernet;
    }

    state parse_ethernet {
        packet.extract(hdr.ethernet);
        transition select(hdr.ethernet.etherType) {
            TYPE_IPV4:   parse_ipv4;
            TYPE_ARP:    parse_arp;
            TYPE_IPV6:   parse_ipv6;
            TYPE_SR:     parse_source_routing;
            default:     accept;
        }
    }

    state parse_ipv4 {
        packet.extract(hdr.ipv4);
        transition accept;
    }

    state parse_arp {
        packet.extract(hdr.arp);
        transition accept;
    }

    state parse_ipv6 {
        packet.extract(hdr.ipv6);
        transition accept;
    }

    state parse_source_routing {
        packet.extract(hdr.sr);
        transition accept;
    }
}

/*************************************************************************
************   C H E C K S U M    V E R I F I C A T I O N   *************
*************************************************************************/

control MyVerifyChecksum(inout headers hdr, inout metadata meta) {
    apply {
        // IPv4 校验和验证
        if (hdr.ipv4.isValid()) {
            bit<16> computed_checksum = calculate_checksum(
                { hdr.ipv4.version,
                  hdr.ipv4.ihl,
                  hdr.ipv4.diffserv,
                  hdr.ipv4.totalLen,
                  hdr.ipv4.identification,
                  hdr.ipv4.flags,
                  hdr.ipv4.fragOffset,
                  hdr.ipv4.ttl,
                  hdr.ipv4.protocol,
                  hdr.ipv4.srcAddr,
                  hdr.ipv4.dstAddr },
                HashAlgorithm.csum16);
            meta.checksum_valid = (computed_checksum == hdr.ipv4.hdrChecksum);
            if (!meta.checksum_valid) {
                mark_to_drop(standard_metadata);
            }
        }
        // IPv6 校验和验证（简化处理，实际需根据上层协议）
        else if (hdr.ipv6.isValid()) {
            meta.checksum_valid = 1b1; // 简化处理，实际应计算校验和
        }
    }
}

/*************************************************************************
**************  I N G R E S S   P R O C E S S I N G   *******************
*************************************************************************/

control MyIngress(inout headers hdr,
                  inout metadata meta,
                  inout standard_metadata_t standard_metadata) {

    // 通用动作
    action drop() {
        mark_to_drop(standard_metadata);
    }

    // 多播转发动作（S1/S4 专用，需封装不同模态头部）
    action multicast_forward(egressSpec_t port, group_id_t group_id, mode_mask_t mode_mask) {
        meta.group_id = group_id;
        meta.mode_mask = mode_mask;
        standard_metadata.egress_spec = port;
        // 剥离原头部（保留载荷）
        hdr.ethernet.setInvalid();
        hdr.ipv4.setInvalid();
        hdr.ipv6.setInvalid();
        hdr.arp.setInvalid();
        hdr.sr.setInvalid();
    }

    // 模态调度动作（S1/S4 专用，动态选择模态）
    action mode_schedule(bit<8> num_modes, bit<9> base_port) {
        bit<32> hash_result;
        // 支持IPv4和IPv6的哈希计算
        if (hdr.ipv4.isValid()) {
            hash_result = hdr.ipv4.srcAddr ^ hdr.ipv4.dstAddr;
        } else if (hdr.ipv6.isValid()) {
            hash_result = (bit<32>)(hdr.ipv6.srcAddr[120..96] ^ hdr.ipv6.dstAddr[120..96]);
        } else {
            hash_result = 0;
        }
        meta.hash_value = hash_result;
        bit<8> mask = (bit<8>)(((bit<32>)1 << num_modes) - 1);
        meta.mode_selection = (bit<8>)((bit<32>)meta.hash_value & (bit<32>)mask);
        if (meta.mode_selection >= num_modes) {
            meta.mode_selection = 0;
        }
        standard_metadata.egress_spec = base_port + (bit<9>)meta.mode_selection;
    }

    // IPv4 单播转发（运输交换机/S1/S4）
    action ipv4_forward(macAddr_t dstAddr, egressSpec_t port) {
        standard_metadata.egress_spec = port;
        hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;
        hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;
        hdr.ipv4.ttl = hdr.ipv4.ttl - 1;
        // 重新计算校验和
        update_checksum(
            hdr.ipv4.isValid(),
            { hdr.ipv4.version,
              hdr.ipv4.ihl,
              hdr.ipv4.diffserv,
              hdr.ipv4.totalLen,
              hdr.ipv4.identification,
              hdr.ipv4.flags,
              hdr.ipv4.fragOffset,
              hdr.ipv4.ttl,
              hdr.ipv4.protocol,
              hdr.ipv4.srcAddr,
              hdr.ipv4.dstAddr },
            hdr.ipv4.hdrChecksum,
            HashAlgorithm.csum16);
    }

    // IPv6 单播转发（运输交换机/S1/S4）
    action ipv6_forward(macAddr_t dstAddr, egressSpec_t port) {
        standard_metadata.egress_spec = port;
        hdr.ethernet.srcAddr = hdr.ethernet.dstAddr;
        hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;
        hdr.ipv6.hopLimit = hdr.ipv6.hopLimit - 1;
    }

    // ARP 应答（S1/S4 处理终端 ARP 请求）
    action arp_reply(macAddr_t dstAddr, bit<9> port) {
        standard_metadata.egress_spec = port;
        hdr.ethernet.dstAddr = dstAddr;
    }

    // 源路由转发（运输交换机/S1/S4）
    action source_route_forward_0() {
        standard_metadata.egress_spec = (bit<9>)hdr.sr.port0;
        hdr.sr.current_index = hdr.sr.current_index + 1;
    }
    action source_route_forward_1() {
        standard_metadata.egress_spec = (bit<9>)hdr.sr.port1;
        hdr.sr.current_index = hdr.sr.current_index + 1;
    }
    action source_route_forward_2() {
        standard_metadata.egress_spec = (bit<9>)hdr.sr.port2;
        hdr.sr.current_index = hdr.sr.current_index + 1;
    }
    action source_route_forward_3() {
        standard_metadata.egress_spec = (bit<9>)hdr.sr.port3;
        hdr.sr.current_index = hdr.sr.current_index + 1;
    }

    // 表定义：单播转发（运输交换机 + 汇总交换机）
    table ipv4_lpm {
        key = {
            hdr.ipv4.dstAddr: lpm;
        }
        actions = {
            ipv4_forward;
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }

    table ipv6_lpm {
        key = {
            hdr.ipv6.dstAddr: lpm;
        }
        actions = {
            ipv6_forward;
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }

    table arp_table {
        key = {
            hdr.arp.tpa: exact;
        }
        actions = {
            arp_reply;
            drop;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }

    table sr_table {
        key = {
            hdr.sr.current_index : exact;
        }
        actions = {
            source_route_forward_0;
            source_route_forward_1;
            source_route_forward_2;
            source_route_forward_3;
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 4;
        default_action = drop();
    }

    // 多播组匹配表（仅 S1/S4 有效，关联模态掩码）
    table multicast_table {
        key = {
            hdr.ethernet.dstAddr: exact;
        }
        actions = {
            multicast_forward;  // 传递多播组 ID 和模态掩码
            drop;
            NoAction;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }

    // 模态调度表（仅 S1/S4 有效，动态选择模态）
    table mode_selection_table {
        key = {
            hdr.ipv4.srcAddr: exact;
            hdr.ipv4.dstAddr: exact;
            hdr.ipv6.srcAddr: exact; // 新增IPv6支持
            hdr.ipv6.dstAddr: exact; // 新增IPv6支持
        }
        actions = {
            mode_schedule;
            drop;
        }
        size = 1024;
        default_action = drop();
    }

    // 入口逻辑：区分交换机类型（汇总/S1/S4 vs 运输/S2/S3/S5）
    apply {
        // 优先处理多播组（仅 S1/S4）
        if (standard_metadata.ingress_port == 1 || standard_metadata.ingress_port == 3) { 
            multicast_table.apply();
            if (meta.group_id != 0) {
                // 根据模态掩码封装对应头部（示例：仅处理 IPv4/IPv6/源路由）
                if (meta.mode_mask & 0x01) { // IPv4 模态
                    hdr.ethernet.etherType = TYPE_IPV4;
                    hdr.ipv4.isValid();
                    // 填充 IPv4 头部（需从多播组配置中取地址）
                    hdr.ipv4.dstAddr = 0xc0a80101; // 示例地址：192.168.1.1
                }
                if (meta.mode_mask & 0x02) { // IPv6 模态
                    hdr.ethernet.etherType = TYPE_IPV6;
                    hdr.ipv6.isValid();
                    hdr.ipv6.dstAddr = 0x20010db8000000000000000000000001; // 示例地址
                }
                if (meta.mode_mask & 0x04) { // 源路由模态
                    hdr.ethernet.etherType = TYPE_SR;
                    hdr.sr.isValid();
                    hdr.sr.current_index = 0; // 重置源路由索引
                }
            }
        }

        // 处理源路由（所有交换机）
        if (hdr.sr.isValid()) {
            // 新增路径有效性检查
            if (hdr.sr.path_len == 0 || hdr.sr.path_len > 4 || hdr.sr.current_index >= hdr.sr.path_len) {
                mark_to_drop(standard_metadata);
                hdr.sr.setInvalid();
            } else {
                sr_table.apply();
                if (hdr.sr.current_index >= hdr.sr.path_len) {
                    hdr.sr.setInvalid();
                }
            }
        }
        // 处理 IPv4（所有交换机）
        else if (hdr.ipv4.isValid()) {
            // 校验和有效性检查
            if (!meta.checksum_valid) drop();
            
            mode_selection_table.apply(); // S1/S4 动态调度模态
            ipv4_lpm.apply();             // 单播转发
        }
        // 处理 ARP（仅 S1/S4）
        else if (hdr.arp.isValid()) {
            arp_table.apply();
        }
        // 处理 IPv6（所有交换机）
        else if (hdr.ipv6.isValid()) {
            ipv6_lpm.apply();
        }
    }
}

/*************************************************************************
****************  E G R E S S   P R O C E S S I N G   *******************
*************************************************************************/

control MyEgress(inout headers hdr,
                 inout metadata meta,
                 inout standard_metadata_t standard_metadata) {
    apply {
        // 多播组流量：根据模态掩码设置多播组（示例）
        if (meta.group_id != 0) {
            if (meta.mode_mask & 0x01) { // IPv4 多播
                standard_metadata.mcast_grp = 1;
                hdr.ethernet.dstAddr = 01:00:5e:00:00:01; // IPv4 多播 MAC
            }
            if (meta.mode_mask & 0x02) { // IPv6 多播
                standard_metadata.mcast_grp = 2;
                hdr.ethernet.dstAddr = 33:33:ff:00:00:01; // IPv6 多播 MAC
            }
            if (meta.mode_mask & 0x04) { // 源路由多播
                standard_metadata.mcast_grp = 3;
                hdr.ethernet.dstAddr = 01:00:5e:00:00:02; // 源路由多播 MAC
            }
        }
    }
}

/*************************************************************************
*************   C H E K S U M    C O M P U T A T I O N   **************
*************************************************************************/

control MyComputeChecksum(inout headers hdr, inout metadata meta) {
    apply {
        // IPv4 校验和更新
        if (hdr.ipv4.isValid()) {
            update_checksum(
                hdr.ipv4.isValid(),
                { hdr.ipv4.version,
                  hdr.ipv4.ihl,
                  hdr.ipv4.diffserv,
                  hdr.ipv4.totalLen,
                  hdr.ipv4.identification,
                  hdr.ipv4.flags,
                  hdr.ipv4.fragOffset,
                  hdr.ipv4.ttl,
                  hdr.ipv4.protocol,
                  hdr.ipv4.srcAddr,
                  hdr.ipv4.dstAddr },
                hdr.ipv4.hdrChecksum,
                HashAlgorithm.csum16);
        }
        // IPv6 校验和更新（简化处理）
        else if (hdr.ipv6.isValid()) {
            // 实际应根据上层协议计算校验和
        }
    }
}

/*************************************************************************
***********************  D E P A R S E R  *******************************
*************************************************************************/

control MyDeparser(packet_out packet, in headers hdr) {
    apply {
        // 按协议层次顺序发送头部
        if (hdr.ethernet.isValid()) {
            packet.emit(hdr.ethernet);
        }
        if (hdr.sr.isValid()) {
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***********************  S W I T C H  *******************************
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V1Switch(
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